流动注射-分光光度法在线全自动测定正磷酸盐

郑立静,洪陵成,杨 威,王林芹

(1.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京 210098; 2.南京德林环保仪器有限公司,江苏南京 211103）

流动注射-分光光度法在线全自动测定正磷酸盐

郑立静1,洪陵成1,杨 威1,王林芹2

(1.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京 210098; 2.南京德林环保仪器有限公司,江苏南京 211103）

通过将 GB/T6913-2008分光光度法在线化,设计研制了正磷酸盐流动注射自动在线监测仪;优化了显色剂浓度、载流液浓度、采样环长度等实验参数,建立了水中正磷酸盐流动注射全自动在线分析方法,并考察了其实际使用效果.结果表明,当待测水样中PO3-4浓度在0～15.0 mg/L范围内时,吸光度和浓度呈良好的线性关系,检出限为1.0μg/L;将其用于测定湖泊水和工业废水,回收率分别为99.4%和106.2%.所研制的正磷酸盐流动注射自动在线监测仪具有消耗试剂量少、测定快速、灵敏、抗干扰能力强等特点,可满意地用于测定地表水和工业废水等.

流动注射;分光光度法;废水;正磷酸盐;在线测定

Abstract:An on-line automaticmonitoring unit fordetermination oforthophosphate in wastewater was designed and developed in relation to GB/T6913-2008,based on flow injection analysis and spectrophotometry.The flow injection spectrophotometric method for on-line automatic determination of orthophosphate was established based on optimization of testing parameters including concentration of chromogenic agent,concentration of carrier solution,and length of sampling circle.The applicability of the device to determining orthophosphate in practical wastewater samples was investigated.It was found that within a concentration range of 0-15.0 mg/L,PO3-4aqueous samples could be well detected on-line with good linear relationship between absorbancy and concentration and to a detection limit of 1.0μg/L.When it was used to determine orthophosphate in rivers and wastewaters,a recovery of 99.4%and 106.2%was reached.In one word,the method is of low reagent consumption,rapid determination rate,high sensitivity,and strong endurance to interferences,and it can be satisfactorily used to determine orthophosphate in surface water and industrial wastewater.

Keywords:flow injection;spectrophotometry;wastewater;orthophosphate;on-line analysis

传统的钼锑抗分光光度法[1]测定正磷酸盐,手工操作繁琐、重现性差,分析时间较长,不适用于样品的批量连续分析.流动注射分析(FIA)[2]具有分析速度快、精密度高等特点,在环境水质自动监测中得到了广泛应用[3-5].为适应环境分析的需要,作者采用流动注射分析技术,建立了一种正磷酸盐的快速分析方法,并成功研制了测定正磷酸盐的全自动分析仪.应用该仪器对湖泊水、工业废水等实际水样的正磷酸盐含量进行测定和回收率实验,取得了令人满意的结果.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

精密陶瓷恒流注射泵(DL-TCB-A),蠕动泵(DL-RDB-A),六通阀,四通阀(DL-6TXZF-A),流通池(DLGD-A)(以上均为江苏德林环保技术有限公司产品);电磁阀(LVM112-5A-1,日本CKD公司);GT-32可编程控制器PLC(日本松下公司).所有的管路均采用聚四氟乙烯(PTFE)管;V-5600型可见分光光度计(上海元析仪器有限公司).

500 mg/L磷标准贮备液(以PO3-4计):称取0.716 5 g预先在100～105℃干燥并已恒重过的磷酸二氢钾,精确至0.2 mg,溶于约500 mL水中,定量转移至1 L容量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,临用前逐级稀释.

钼酸铵溶液(1 000 mL烧杯中置入20 g(N H4)6Mo7O24·4H2O、88 mL H2SO4(1∶1)、0.2 g酒石酸锑钾(KSbC4H4O7·1/2H2O),加水溶解定容至1 000 mL);25 g/L抗坏血酸溶液.

以上所用试剂均为分析纯,用水均为去离子水.

1.2 实验方法

其次，政府数据开放对于经济创新发展的实现比较有利。在现代社会经济创新发展过程中，政府数据属于十分重要的一种资源，在促使经济增长方式转变方面具有十分重要的作用。在政府数据开放实现的基础上，可使传统经济运行机制得以改变，促使产业结构实现优化及调整，使经济运行效率及水平能够得以有效提升，在此基础上使社会经济价值得以有效提升，实现其经济更好发展。另外，社会公众能够对政府公开数据进行充分利用，对数据潜在价值进行挖掘，可使数据资源优势得以充分发挥，可使数据价值被更好开发及利用，使经济增值创新得以实现，在此基础上得到更好经济效益。

根据 GB/T6913-2008分光光度法的实验原理,建立了水中正磷酸盐流动注射全自动在线分析法,设计了正磷酸盐流动注射自动在线监测仪,用可编程控制器PLC控制各部件,并接收和存储数据.分析流程见图1.按图1所示流路,采用管内径1 mm,外径3 mm的聚四氟乙烯管连接流路.开启陶瓷泵、蠕动泵进样,待基线稳定后,测定反应的吸光度,以峰高记数定量.

图1 正磷酸盐流动注射全自动在线分析仪流程图Fig.1 Schematic diagram of the FIA system for orthophosphate determination

2 结果与讨论

2.1 反应条件的优化

2.1.1 显色剂浓度的选择

钼酸铵溶液作为显色剂,其质量浓度对显色效果有明显影响.实验表明,当钼酸铵溶液质量浓度达20g/L,硫酸88 mL/L时,吸光度趋于稳定,加入适当过量的酒石酸锑钾能提高显色反应的速率,试验选择0.2 g/L的酒石酸锑钾.

2.1.2 载流液浓度的选择

抗坏血酸作为氧化剂,其质量浓度对还原磷钼盐锑络合物有明显影响.实验表明,当抗坏血酸浓度达到25 g/L时,吸光度趋于稳定,在710 nm处有最大吸光度.

2.1.3 水样环、显色剂环长的选择

水样环和显色剂环的长度对反应有明显影响,实验结果如图2和图3所示.当水样环长度取10 cm时,吸光度达最大.显色剂环为两段,分别在水样的两端,为使反应比例相同,取相同长度,当同取15 cm时效果最佳.

图2 水样环长对吸光度的影响Fig.2 Effect of the length of water sample loop on absorbance

图3 显色剂环长对吸光度的影响Fig.3 Effect of the length of reagent loop on absorbance

2.1.4 反应管长度的选择

反应管是样品在载流液中反应并混合分散的必要场所,因而其长度对反应的影响尤为明显.反应管过长会导致体系分散度增加,容易出现双峰现象,过短可能导致反应产物流出反应管,而检测不到信号.实验结果如图4所示,实验表明,当反应管长取2.0 m时,吸光度值最大.

图4 反应管长度对吸光度的影响Fig.4 Effect of the length of the reaction tube on absorbance

2.1.5 载流流速的选择

检测流速在流动注射分析中是比较重要的试验参数.流速过大会导致反应不够充分;流速过小,会导致体系的分散度较大,不但增加反应时间,还会使体系的吸光度变小.在泵速分别为1.0 mL/min、2.0 mL/min、2.5 mL/min、3.0 mL/min、4.0 mL/min 的实验条件下 ,当取3.0 mL/min时,吸光度趋于稳定,效果最佳.

2.2 方法的工作曲线、检出限、精密度

在选定的实验条件下,测定 PO3-4含量为0 mg/L、3.0 mg/L 、6.0 mg/L 、9.0 mg/L 、12.0 mg/L 、15.0 mg/L等的标准溶液,吸光度A与 PO3-4含量在0～15.0 mg/L范围内呈良好线性关系.回归方程为:A=0.033 74B+0.014 03(式中A为吸光度,B为PO3-4的质量浓度,mg/L).相关系数 r为0.999 3.

按实验方法对PO3-4的质量浓度为5 mg/L磷标准溶液测定11次的相对标准偏差为0.75%.

对试剂空白进行11次平行测定,按3倍空白值的标准偏差计算出本方法的检出限为1μg/L.

2.3 样品测定与加标回收试验

从不同地方分别取环境水样,用快速滤纸过滤备用,过滤时间不超过10 min,弃去开始的10 mL滤液.按实验方法测定,测定结果及加标回收率见表1(标准溶液中PO3-4的质量浓度为0.5 mg/L).

表1 水样中PO3-4的测定结果Table 1 The concentration of PO3-4 in the water sample

3 结论

本实验将GB/T6913-2008分光光度法在线化,成功研制了测定正磷酸盐的全自动分析仪.方法在0～15.0 mg/L范围内吸光度与质量浓度呈良好线性关系,应用该仪器对湖泊水、工业废水水样的正磷酸盐含量进行测定和回收率实验,取得了令人满意的结果.为环境工作者提供了一种简单快捷的监测方法.

[1]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002:246-248.

[2]方肇伦.流动注射分析法[M].北京:科学出版社,1999:8.

[3]王庆霞,苏苓,张海涛.流动注射分光光度法测定工业废水中正磷酸盐[J].化学工程师,2006,11(134):30-31.

[4]BENSON R L,TMONG YB,MCKELVIE I D,et al.Monitoring of dissolved reactive phosphorus in wastewaters by flow injection analysis,Part 1.Method development and validation[J].Water Research,1996,30:1959-1964.

[5]范世华,MULL ER H W,SCHWEIZER B,等.微波在线消解流动注射光度分析方法测定环境废水中总磷[J].冶金分析,2003,23(2):1-4.

On-line automatic determination of orthophosphate in wastewater by flow injection spectrophotometry

ZHENG Li-jing1,HONG Ling-cheng1,YANG Wei1,WANG Lin-qin2

(1.Institute of Environmental Science and Engineering,Hehai University,N anjing210098,Jiangsu,China;
2.Delin Environmental Instrument Co Ltd,N anjing211103,Jiangsu,China)

O 652.2

A

1008-1011(2011)01-0066-03

2010-09-14.

郑立静(1984-),女,硕士生.研究方向:水环境全自动在线监测.E-mail:zaishuiyifang2006@163.com.